基于转速的电磁轴承控制参数自整定研究

针对电磁轴承控制效果易受转子转速变化的影响,而普通PID控制器不能根据转速变化做出参数相应调整的问题,提出了一种模糊PID参数自整定的方法。以600 Wh飞轮储能径向磁悬浮轴承为试验对象,进行了试验验证,结果表明:由于在控制器设计时考虑了转速变化的影响,提高了电磁轴承控制系统的动静态特性和抗干扰能力。     

基于TMS320F28335DSP的磁悬浮系统数字控制器研究

以TMS320F28335和MAX7064SLC44-10为核心,设计了五自由度磁悬浮轴承柔性转子系统控制器硬件电路,采用C语言编制了基于CCS3.3开发环境的不完全微分PID控制程序。在该控制器的控制下,磁悬浮轴承柔性转子系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力,可以顺利越过前2阶弯曲临界转速。     

主动磁悬浮轴承系统拍振现象分析

振动分析是研究主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearings,AMB)系统的一个重要部分,但是目前结合控制器以及动态不平衡响应建立的系统数学模型相对较少.通过对高速主动磁悬浮轴承转子系统受力分析,参考所使用的不完全微分PID控制器的频率特性对AMB广义动刚度的影响以及对转子动态不平衡激励响应的影响,建立径向子系统的力学振动方程.通过此振动方程的解,得出AMB系统存在的振动形式.一种是由于系统固有频率存在而产生的自由振动,另一种是由于不平衡响应存在而产生的简谐振动,并解释当两种振动频率相近时系统所产生的拍振现象.通过调节控制电流主动控制作用,可以改变磁悬浮轴承广义动刚度,进而改变系统固有频率,最终起到减弱拍振现象作用.仿真和试验能够验证拍振现象以及改变主动控制作用后的减振效果.此力学模型可为AMB系统不平衡振动补偿算法研究提供仿真平台.     

主动磁悬浮轴承数模混合式PID控制器研究

以主动磁悬浮轴承为研究对象,提出了一种数模混合式PID控制器的工作原理。针对数字控制器和模拟控制器在主动磁悬浮系统应用中的不足,基于TMS320F28335和数字电位器设计了一种主动磁悬浮轴承中的数模混合式PID控制器。控制器实现了PID参数的实时调整,使得磁悬浮系统能够最大程度的适应某些瞬态需求。经过实验验证,设计的数模混合式PID控制器能够满足主动磁悬浮轴承的要求,使系统的稳定性和鲁棒性得以增强。     

基于转速的磁轴承柔性转子系统模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮轴承柔性转子试验系统,利用Matlab工具箱对比分析了不完全微分PID和模糊自调整PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335 DSP的数字控制器硬件电路,在模糊自调整PID控制策略的基础上引入转速量,在不同转速区段采用不同的模糊自调整因子,以满足转子在各转速区段对支承特性的不同要求,编写了相应的软件,完成了系统的高速旋转试验。仿真和试验结果均表明,采用基于转速的模糊自调整控制策略,可以改善磁悬浮轴承柔性转子系统的动态性能。     

非线性磁悬浮转子系统的不平衡响应分析

考虑漏磁及磁饱和等非线性因素对磁悬浮轴承支承特性的影响,建立非线性磁悬浮转子系统动力学模型,分析运行参数和控制参数对系统不平衡响应的影响,结果表明:负载较大时,非线性磁悬浮转子系统不平衡响应更复杂;相同转速范围内非线性磁悬浮转子系统更易失稳;比例系数较大和微分系数较小会使非线性磁悬浮转子系统振幅增大,不平衡响应明显.     

非线性径向主动电磁轴承-转子系统的耦合动力学特性及稳定性

研究径向主动电磁轴承支承的不对称转子系统的动力行为及稳定性。转子模型中考虑了陀螺效应，结合分散PID(pmponional integral differential)控制器方程和转子运动方程，形成系统方程。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合，给出一种径向主动电磁轴承—转子系统线性失稳转速即Hopf分岔点所对应转速的计算方法。基于打靶法及将预估—校正机理和打靶法相结合形成的一种轨迹预测追踪的延续算法，研究系统非线性不平衡周期响应及稳定性边界。结合Floquet分岔理论研究随系统控制参数改变径向主动电磁轴承—转子系统周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法与试验研究

针对磁悬浮飞轮不平衡振动会造成飞轮系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度的问题,提出一种开环轴承力补偿的磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法。将抑制轴承力中的同频量作为控制目标,通过建立含有不平衡量的磁悬浮飞轮系统动力学模型,分析刚性转子不平衡量的特性,在自适应陷波器基础上,加入位移刚度力补偿机构、开闭环控制和位移刚度力补偿控制两个作用开关,在整个转速范围内对轴承力中的同频量进行抑制。本方法特别适合磁悬浮飞轮输出姿态控制力矩时频繁穿越临界转速的特点,尤其适合磁悬浮反作用飞轮的应用。仿真分析和试验结果表明,本方法在整个转速范围内对飞轮转子的不平衡振动起到很好的抑制效果。     

改进粒子群算法在主动磁悬浮轴承系统中的应用

通过分析得知,主动磁悬浮轴承系统本身是一个不稳定系统,可以采用PID控制器对其进行控制。但是传统PID控制在主动磁悬浮轴承系统中还存在着不足之处,为此可以将粒子群优化算法与常规PID控制相结合,对PID控制器中的参数进行优化,使系统能够达到更好的控制效果。采用了一种改进粒子群算法,对算法中的惯性权重w进行自适应调节,从而使得算法能够更快、更准确地寻找到最优值。通过Matlab/Simulink构建系统模型并进行仿真对比,改进粒子群算法可以使得系统达到更好的控制效果。     

主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统振动主动控制

针对主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统的不平衡振动控制,提出一种基于最小均方误差(LMS)的自适应变步长算法实现全工作转速范围内的振动控制方法.在标准LMS算法的基础上采用一种新的步长因子迭代公式,基于该步长因子下的LMS算法实时识别转子位移信号中与转速同频的振动分量,在位移信号进入控制器之前,通过反馈对这一分量进行不平...     

垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统转子临界转速研究

基于转子动力学理论,建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的动力学模型。应用ANSYS Workbench有限元分析软件建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的轴承-转子-磁力盘有限元模型。应用模态分析的方法,研究了辅助轴承的安装位置对垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的影响。给出了辅助轴承的位置与垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的变化规律。为研究垂直轴磁悬浮辅助支撑系统的结构设计以及安装维护提供了理论依据。     

变支承磁悬浮转子超临界运行仿真研究

针对工业中转子系统在跨越一阶临界转速时,振动幅度过大及失稳的问题,通过对转子系统平稳跨越一阶临界转速方法的归纳和研究,提出了一种基于主动控制下的磁悬浮轴承—转子系统变支承跨越一阶临界转速的方法。首先建立了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统数学模型,并分析了两支承转子系统和三支承转子系统跨越一阶临界转速时的响应特性;然后利用ADAMS和Matlab联合仿真了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统跨越一阶临界转速时的振动特性。仿真研究结果表明:变支承磁悬浮转子系统在超临界运行时具有良好的减振效果,与传统两支承转子系统相比,其最大振幅减小了52.6%。     

启动冗余磁轴承对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响

建立了带冗余支承的五自由度磁悬浮轴承转子系统的仿真模型,采用ADAMS和Matlab软件对不完全微分PID控制的磁悬浮系统进行联合仿真,分析了启动冗余支承对系统动态性能的影响。在此基础上,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,编写了不完全微分PID控制程序并在试验台上进行验证。     

基于灰色系统理论的径向主动磁浮轴承控制

建立了径向主动磁浮轴承在电流控制下的转子动力学方程模型，并推导出系统传递函数。针对高阶传递函数系统使用灰PID控制器，根据系统稳定的条件确定理想的控制环节参数。数值仿真结果表明，灰PID控制器与磁浮轴承系统相结合，实现了对转子稳定良好的控制效果。     

主被动磁悬浮转子的不平衡振动自适应控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。     

H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究

讨论了鲁棒H∞控制理论灵敏度和补灵敏度加权因子的选择方法，设计了磁悬浮轴承系统的H∞控制器；研制了基于PC机的磁悬浮轴承实时数控系统，用C语言设计了H∞控制器的软件。仿真结果表明，采用H∞控制，系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力。对一个五自由度的磁悬浮轴承系统进行试验研究，结果表明，采用H∞控制器成功实现了五自由度磁悬浮轴承系统的稳定悬浮，在最高转速30000r／min时转子的振动峰峰值小于60μm。     

基于TMS320F28335DSP的磁悬浮轴承数字控制器的研究与设计

磁悬浮轴承系统能否正常运转,在很大程度上由其控制器决定,所以对磁悬浮轴承系统控制器的研究是极为重要的。以TMS320F28335 DSP和EPM240T100CN为主控芯片,设计了磁悬浮轴承数字控制板的硬件电路。在CCS3.3集成开发环境中编写了不完全微分PID控制策略的C语言程序。所研制的数字控制器成功地实现了转子的静态悬浮以及高速旋转,并在磁悬浮轴承试验台上进行了试验。试验结果表明:该数字控制器具有较好的控制性能。     

基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究

针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:"轴承主导型"的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而"转子主导型"的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。     

主动磁悬浮轴承的鲁棒反演滑模控制

根据主动磁悬浮轴承转子位置高性能控制要求,将反演控制方法与滑模控制方法相结合。针对数学模型设计反演控制器,外界扰动和参数摄动等不确定部分通过滑模控制器来补偿。系统仿真实验表明,鲁棒反演滑模控制系统响应速度更快,具有更好的动态性能和稳态性能。     

主动磁悬浮轴承监控系统设计及验证

文中以10k W·h飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承为研究对象,设计了主动磁悬浮轴承转子运动监控系统,实现了对轴承转子运动的实时监控,转子的转速、位移、轴心轨迹等数据的采集与保存。监控系统可以有效地观察转子振动,准确分析转子在不同转速时转子振动特性,防止因为振幅过大而引起转子碰撞轴承。